近日公布的《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃(摘要)》指出；“要開發(fā)面向示范和產(chǎn)品驗(yàn)證的燃料電池系統(tǒng)”及“研發(fā)面向技術(shù)突破的下一代燃料電池系統(tǒng)”。
近年來，燃料電池及燃料電池汽車技術(shù)取得突破性進(jìn)展，國際上各大汽車集團(tuán)持續(xù)投入開展燃料電池汽車研發(fā)，燃料電池汽車整車成本顯著下降，性能指標(biāo)已接近商業(yè)化水平。對此，有專家表示，作為新能源汽車的重要組成部分，燃料電池汽車正迎來重要發(fā)展期。
優(yōu)勢與掣肘因素均很明顯
專家表示，與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有零排放或近似零排放，減少機(jī)油泄露帶來的水污染，降低溫室氣體的排放，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率，運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲等諸多優(yōu)點(diǎn)。
據(jù)了解，燃料電池汽車?yán)门c電解完全相反的原理，通過氫氣和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。與電動(dòng)汽車?yán)靡褍Υ娴碾婒?qū)動(dòng)汽車行駛不同，燃料電池汽車一邊發(fā)電一邊行駛，在行駛過程中僅排出水，不會(huì)產(chǎn)生污染空氣的有害氣體。同時(shí)，氫氣的能源密度是車載鋰離子電池10倍，充一次氫氣可以行駛更長的距離，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2-3倍。此外，電動(dòng)汽車需長時(shí)間充電，燃料電池汽車則可以在短時(shí)間內(nèi)完成加氣。
近年來，各國政府和汽車生產(chǎn)商紛紛看好氫能。美國能源部的報(bào)告稱，以燃料電池(氫燃料電池車和發(fā)電裝置等)為核心的清潔利用方式，正在成為氫能市場新的增長點(diǎn)。美國工程院最近預(yù)計(jì)，氫燃料電池車將在2015年批量進(jìn)入發(fā)達(dá)國家市場，并將在15-20年之內(nèi)取代現(xiàn)有燃油車及混合動(dòng)力車，占據(jù)全球汽車市場的主導(dǎo)地位。數(shù)據(jù)顯示，截至2010年年底，全球加氫站總數(shù)已達(dá)212座；2011年，又有127座加氫站在建，加氫站的建設(shè)正逐步向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
燃料電池汽車雖然優(yōu)點(diǎn)很明顯，但是現(xiàn)在也存在氫氣的制取、儲存與燃料電池成本高昂等掣肘因素。據(jù)中國工程院院士楊裕生介紹，以電解水方法制氫，耗電4千瓦時(shí)可以制氫1立方米，然而1立方米氫氣在燃料電池中只能產(chǎn)生1.2千瓦時(shí)的電能，得不償失。此外，由于氫的密度很小、只有天然氣的1/8，儲存體積很大，無法直接裝存使用。同時(shí)，作為目前主流燃料電池催化劑的原料——鉑，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球鉑族元素礦產(chǎn)資源總儲量約為3.1萬噸，其中鉑金總儲量約為1.4萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足燃料電池汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的需求,也造成了當(dāng)前燃料電池價(jià)格的居高不下。
近日，芬蘭研究人員開發(fā)出一種能降低燃料電池制造成本的新方法。研究人員通過采用原子層沉積(ALD)法制取納米粒子催化劑，使燃料電池的陽極催化劑覆蓋層比以前薄很多，催化劑需要量減少60%，能夠顯著降低成本，提高質(zhì)量。研究結(jié)果表明，采用該方法制備的貴金屬納米粒子催化劑與目前商業(yè)燃料電池催化劑相比，具有較低催化劑負(fù)載，但卻能提供類似的活性，采用該方法制造的燃料電池可能在5-10年內(nèi)開始商業(yè)化生產(chǎn)。
國外政企聯(lián)動(dòng)搶占制高點(diǎn)
此前，有報(bào)道稱，豐田、戴姆勒、通用、日產(chǎn)等11家全球主要汽車生產(chǎn)企業(yè)即將締結(jié)聯(lián)盟，統(tǒng)一下一代新能源燃料電池汽車的液態(tài)氫供給系統(tǒng)的規(guī)格。據(jù)了解，11家汽車企業(yè)已基本同意將統(tǒng)一由儲存罐向車體注入氫氣的連接器的規(guī)格，2012年內(nèi)還將完成國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的資格認(rèn)定。與此相對應(yīng)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，統(tǒng)一連接充電器和車體電線插頭國際規(guī)格的動(dòng)作則有些遲緩。在燃料電池汽車領(lǐng)域，各廠商在規(guī)格統(tǒng)一問題上達(dá)成一致，將極大地推動(dòng)燃料電池汽車的普及。
近年來，德國、美國、日本等國都在實(shí)施氫能產(chǎn)業(yè)化未來規(guī)劃，重點(diǎn)發(fā)展氫燃料電池車和公路加氫站。在各國政府的扶持和汽車產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，氫能產(chǎn)業(yè)化的兩大瓶頸問題——加氣站和燃料電池汽車，正逐漸被打破。與此同時(shí)，寶馬、通用、豐田等全球主要汽車商都已提前作好技術(shù)儲備。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，德國已經(jīng)先后投入10多億歐元用于開發(fā)燃料電池汽車。按照計(jì)劃，德國將在2015年建成1000個(gè)加氫站，開始實(shí)現(xiàn)燃料電池動(dòng)力汽車的大規(guī)模商業(yè)化，到2020年，將有100萬輛電動(dòng)車和50萬輛燃料電池汽車投入使用。為盡早搶占市場有利地位，德國奔馳研發(fā)的3輛燃料電池原型車完成了橫跨4大洲、14個(gè)國家繞地球行駛1周的創(chuàng)舉。此外，奔馳在德國還有36輛氫燃料電池大巴，已收集到200萬千米的運(yùn)行數(shù)據(jù)。目前，氫料燃大巴比早期的燃料消耗降低50%，性能和行駛里程均顯著提高。今年，戴姆勒將與世界最大的工業(yè)氣體供應(yīng)商林德集團(tuán)進(jìn)行合作，以城市為中心，增加20處氫氣站。戴姆勒還與雷諾—日產(chǎn)開展技術(shù)合作，計(jì)劃2015年左右在日本市場投放燃料電池汽車。
日本已有13家國內(nèi)石油和氣體公司宣布，將在2015年前共同大力發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施。其中，包括在2025年前實(shí)現(xiàn)建設(shè)1000座加氫站和200萬輛燃料電池汽車的計(jì)劃。目前，豐田氫燃料電池車高壓儲氫罐壓力已從35兆帕提高到70兆帕，儲氫罐容量從148升增加到156升，貯存氫的量比原來高1倍以上，從而能保證續(xù)駛里程提高1倍。同時(shí)，豐田與日本最大煉油商JX日礦日石能源公司等13家企業(yè)將從2013年開始共同建設(shè)氫氣站。隨著日本相關(guān)部門放寬氫氣罐的相關(guān)安全規(guī)格，2015年，這13家企業(yè)將氫氣站增加到100處。
在此領(lǐng)域，美國不甘落后，已在其東部地區(qū)建成加氫站高速公路，加注點(diǎn)全部為太陽能電解水制氫，同時(shí)加緊相關(guān)研發(fā)。在美國通用公司的努力下，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的體積減小了50%，與四缸內(nèi)燃機(jī)相當(dāng)，重量減輕100千克。據(jù)了解，性能更高的第四、第五代燃料電池汽車也已開發(fā)成功。
國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研攜手奮起直追
2012年年初，由同濟(jì)大學(xué)倡議，國內(nèi)一批在新能源汽車、地面交通、信息等領(lǐng)域具有優(yōu)勢的高校、科研院所和骨干企業(yè)共同發(fā)起組建的中國燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和先進(jìn)地面交通創(chuàng)新聯(lián)盟在同濟(jì)大學(xué)同時(shí)揭牌和簽約成立。
據(jù)了解，與國外不同的是，目前我國燃料電池行業(yè)重在研發(fā)而非產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)有60多家機(jī)構(gòu)在從事燃料電池的研究。同時(shí)，我國燃料電池市場重點(diǎn)在運(yùn)輸工具領(lǐng)域。與此相對應(yīng)，我國燃料電池投入最大的領(lǐng)域是質(zhì)子交換膜(PEM)，以適用于車用燃料電池市場。同時(shí)，對燃料電池另外兩大瓶頸——燃料儲存和燃料基礎(chǔ)設(shè)施的研究投入也占相當(dāng)大比例。
專家表示，由于沒有市場，我國的燃料電池企業(yè)以中小企業(yè)為主，很多企業(yè)依靠國家項(xiàng)目維持，而能夠獲得風(fēng)險(xiǎn)投資的僅有一家企業(yè)，大多數(shù)民營企業(yè)還掙扎在等待市場、融資難、力量薄弱等多重漩渦之中。同時(shí)，國內(nèi)氫能企業(yè)生存壓力較大，制氫、測試、集成等輔助工業(yè)尚且具有一定規(guī)模，但是由于產(chǎn)業(yè)鏈沒有打通，制氫、儲氫、運(yùn)輸體系不健全，尤其是關(guān)鍵的燃料電池技術(shù)遲遲沒有突破，整個(gè)行業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)還有待時(shí)日。
截至目前，我國燃料電池汽車已通過北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)等重大活動(dòng)平臺開展示范應(yīng)用。但同時(shí)，我國在燃料電池的一些關(guān)鍵技術(shù)上與國際先進(jìn)水平仍有差距。例如，有資料表明，我國作為公交車示范運(yùn)營的燃料電池客車其運(yùn)行壽命還未超過3000小時(shí)，而美國UTC研制的城市客車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)壽命已在道路試驗(yàn)條件下超過5000小時(shí)。
據(jù)了解，為加速中國燃料電池汽車發(fā)展而成立的中國燃料電池汽車技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，其目的在于緊密結(jié)合國家“十二五”規(guī)劃和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)需求，通過開展合作攻關(guān)、自主技術(shù)創(chuàng)新，力爭早日攻克燃料電池汽車的關(guān)鍵核心及瓶頸技術(shù)，解決我國燃料電池汽車工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化難題，加快我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
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